8
Harmonic Oscillator Harmonic oscillators คือการสั่นแบบลูกตุ้มขึ้นลง อันเนื่องมาจากมวล 2 มวล จะต้องใช้กฎ ของ Hooke’s law where F => force m => mass a => acceleration (ความเร่ง) k => force constant y => distance of displacement (ระยะทางที่ต่างไป) ไม่ว่าจะเป็นมวลที่มาจาก 1 mass หรือมวลที่มาจาก 2 mass เราก็ยังคงใช้ทานาย Frequency ได้ (เค้าขอใช้ F แทน frequency นะ) โดยเทียบกับมวล, ความแข็งแรง ...อย่าลืมสูตรนี้นะ Potential Energy Diagram รูปนี้เอามาให้ดูว่า ในความเป็นจริงแล้วนอกจากจะเห็นการ เคลื่อนที่ที่พลังงานกับระยะทางมีความสมมาตรกัน โดยต่อกันแบบ หลายๆ bond แล้วยังมีแบบNon bonding energy , ใน 1 โมเลกุลไม่ได้มีเรื่องของbond อย่างเดียวยังมี intermolecular bonding, intramolecular bonding , inducible bonding เพราะฉะนั้น ถ้าเห็นกราฟนี้ให้รู้ว่าเป็น non bonding (ให้รู้เฉยๆ) วิชาAnalysis II ชั่วโมงที04 กรกฏาคม2554part2 อาจารย์อรวรรณ แกะโดย...ฝน Proof โดยเนส F = m a = - k y

fon 160754

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: fon 160754

Harmonic Oscillator

Harmonic oscillators คอการสนแบบลกตมขนลง อนเนองมาจากมวล 2 มวล จะตองใชกฎ

ของ Hooke’s law

where F => force

m => mass

a => acceleration (ความเรง)

k => force constant

y => distance of displacement (ระยะทางทตางไป)

ไมวาจะเปนมวลทมาจาก 1 mass หรอมวลทมาจาก 2 mass เรากยงคงใชท านาย Frequency

ได (เคาขอใช F แทน frequency นะ) โดยเทยบกบมวล, ความแขงแรง

... ...อยาลมสตรนนะ

Potential Energy Diagram

รปนเอามาใหดวา ในความเปนจรงแลวนอกจากจะเหนการ

เคลอนททพลงงานกบระยะทางมความสมมาตรกน โดยตอกนแบบ

หลายๆ bond แลวยงมแบบNon bonding energy , ใน 1

โมเลกลไมไดมเรองของbond อยางเดยวยงม intermolecular

bonding, intramolecular bonding , inducible bonding

เพราะฉะนน ถาเหนกราฟนใหรวาเปน non bonding (ใหรเฉยๆ)

วชาAnalysis II

ชวโมงท 04 กรกฏาคม2554part2

อาจารยอรวรรณ

แกะโดย...ฝน

Proof โดยเนส

F = m a = - k y

Page 2: fon 160754

เภสชกรควรรโครงสรางทางเคม สมพนธกบ biological activity อยางไร เชน Struc. มผลตอ

การไปลดการอกเสบไดอยางไร แตวาเคาไมไดท านายแคตวโมเลกลอยางเดยวแลว เคายงเอาตวแปร

ตางๆ เชน พลงงาน, non bondingไปสรางเปนสมการ Quantitative เชน โมเลกลนจบกบ factor

อาศย factor อะไรบาง แตสรปวา วชานถกตดทงไปแลว เราไมไดเรยน เย!

EXAMPLE : IR เราพดถง bonding คอ covalent bond

จากสตร σ =

; โดยท wave number = σ

เราสามารถค านวณF ไดเลย โดยทคาความแขงแรง (Force constant, k) ขนอยกบพนธะ

เดยว/ค/สาม อยางกรณนเปนพนธะเดยว C-O เราจะเหนไดวาค านวณจากสตรขางบนออกมาเปน 1112

cm-1(จ าไดไหมวา ทอาจารยเคยบอก C-O peak จะขนท 1300-1100 nm)

The force constant : single bond 5.0 X 105 dynes/cm

: double bond 10.0 X 105 dynes/cm

: triple bond 15.0 X 105 dynes/cm

C = 3X108 คอ ความเรวแสงในหนวย cm/sนะเพอนๆ

Q ;ท าไมสตรนม c ?

A ;มนเกดจากการแปลงสตรนะ ถาไมเขาใจมาถามได เดยวขางหลงอาจารยจะอธบายวาท าไมตองใช c

Q ;wave number ใชสตรนหรอคะ ไมใชสวนกลบของ wavelength หรอคะ ?

A ;ถาให wavelength มา กคดเปนสวนกลบได แตถาเหนแบบน ไมม wavelengthใหอางองอนนคอ

มวล, ความแขงแรง (เหนตวแปรไมคะ คาตางกน ไมเชอลองไปค านวณดส 555 อาจารยวางน)

Note!!! ทราบทฤษฏพนฐานวาเปนอยางไร?**************

Wave number หามาไดอยางไร?***************

Page 3: fon 160754

Dispersive IR Spectrophotometer

ภาพนเปนเครองมอทลงคมาจากเทคนคอนๆ (ปจจบน

ไมไดใชเทคนคนแลว) แตมนเทยบไดกบ UVกคอม

แหลงก าเนดแสง แลวแบงออกไปผาน reference และผาน

sample แลวกเขาส monochromator, detector

FTIR Spectrophotometer

เหตผลทเคาเปลยนแปลงเทคนคจาก IR เปน FTIR เพราะ IR มก าลงแสงนอย เพราะฉะนน

เวลาทยงเขาส sample มนจะได peak ทไมคอยเคลยร intensity กไมคอยสง โดยการเปลยนแปลงจะ

เรมจากทผาน sample ไปแลว เขาสชวงของ monochromatorเคาจะเปลยนใหเปน Michelson

Interferometer(Michelson ตามชอคนคดคน Interferometer มาจากค าวา Interfere)

การเปลยนแปลงโดยใชเทคนค Michelson Interferometer โดยมการเปลยนแปลงทกระจก

ใหม 2 แบบ คอ กระจกหนงอน fixed อกอนเคลอนทได โดยจะตงฉากกน และการแสดงผลจะไมแสดง

ในรป Time-domain Interferogramแตวาจะเปนfrequency-domain single-beam spectrum

ปกตแลวเวลายงแสงไปผาน sample กบ reference

แลวเขาส detector เลย แตส าหรบเทคนคนเคาจะมอปกรณ

พเศษคอตวแบงแสง(beam splitter) (ตรงเสนประนะ) ท า

หนาทแบงให 50% ของแสงไปท M1(เปนกระจกท fixed) และ

อก 50% ไปท M2(กระจกทมการเคลอนท)ผลของการเคลอนท

จงเกดการ interfere กน ปกตแลว คลนจะอธบายเปน sine

wave (แสง 1 แสง กได 1sine wave ขนกบระยะทาง)

เนองจากวา M2 มการเคลอนท(อาจจะเปน 1/2, 1/4แลวแตจะก าหนด) ดงนน wave จะ

ถก interfere ดวย ระยะทางของกระจกทเปลยนไป ท าใหแสงทตกกระทบแลวยอนกลบมาเชน 1/2,

1/4จะเหนวามนมการแทรกสอด และการหกลางกน

M2 = (1/2) ถา M2 = 1/4 มนกยงจะตางกน ขนอยกบการปรบ M2

Page 4: fon 160754

คลายกบรปถาย ถายครงท 1 ทาบเอาไว ถายครงท 2 กเอามาทาบเอาไว ท าไปเรอยๆ

ตวทมนม intensity สง กจะยงมการสะสมความเขมขนของ intensity (peak) ไปเรอยๆ เปน

พนๆครง เคาบอกวาเมอใชวธน จะท าใหสามารถเหน spectrum ไดชดเจนยงขน อนเกดจากการ

interfere ของ sine curve ทงหมด 2 เสน เกดจากการยงแลวได peak ของอะตอมตอกบ bond 1

ชนด เพยงแตวามนมการสงสมของการแทรกสอดของคลนทเกดจากกระจกท fixed และกระจกท

เคลอนทได

อยางกรณน เคาบอกวา ถามนเปน F ของ bond 2 ชนด

ถาสมมตวาเจอแบบ mixed เราจะเกดความสบสน เราจะไมรวาทมนแทรกสอดกนน อนไหน

เปน F ของ bond ท 1 หรอ F ของ bond ท 2 แตถาใชเทคนค FTIR อนไหนทมนเดน มนกจะยงเดน

ขน 2 bond นนจะมความเดนทแตกตางกน(หนกนไป)

เทคนค interferogramจะท าให intensity ของ peak แตละ bond สงขน

สงทตองรคอ ภาพน

การเกด interferogramเกดขนเนองจากการทล าแสง

1 ล าแสงถกแบง 50% ไปท M1 (fixed) และอก 50%

ไป M2 ทมการเคลอนท แลวมการตกกระทบกลบมา

ท าใหเกดการแทรกสอด (แทรกสอด peak สงขน

หกลาง peak ต าลง) มนจะท าให peak มความเดนขน

peak ม intensity สงขน ท าใหเครองม sensitivity

สงขนดวย

สมมตวานคอ bond ระหวาง C-C อกอนเปน bond ของ C-O ชวงคลนมนตางกน ดงนนเวลา

มนเกด interfere มนกจะตางกน ท าใหลกษณะ curve มนกหนกน ทเคาท าใหมนเปน frequency-

Bond ท 2

1

Bond ท 1

1

Page 5: fon 160754

domain(แกน y เปน %T แกน x เปน F) แปลวา Fทตางไปเปนอยางไร ถาเปนTime-domain(แกน

y เปน %T แกน x เปน เวลา) เพราะวาถาเราพดถง sine curve แปลวา ระยะทางทตางไป ถาเคาพด

ถง sine curve แลวเปน Time-domain แลวเคากแปลเปนตวน(ตวไหนหวา) โดยใชสมการทาง

คณตศาสตร (อยาอยากรเลยนะ ไมไดเนน) จะท าใหเราได Fทเปน wavenumber ตรงนนาจะแปลวามน

คอ bond ระหวางอะไรกบอะไร=>>นคอ FTIR (ตอนนคนแกะ งง มาก ตองการใหเรารอะไร+คนพรฟก

งง ถาเพอนๆไมเชอ สามารถตดตามผลงานได นาทท 1.09.00 น.นะ จกหยงดอก!!!)

Q ; component ของ FTIR กบ IR ตางกนท mirror หรอคะ?

A ;ใชคะ แลวก beam splitter 50% กมผลมาก

Multiplexing (FT) Spectrometers

FT-IR instrument

-Mirror length of travel ranges from 1 to 20 cm.

-Scan rates from 0.1 to 10 cm/s

-Detectors are usually pyroelectric or photoconductingเนองจากคลน IR เปนคลนความรอน

ตว detector กจะตองไวความรอน (pyroelectric or photoconducting) เชน ปนยงกลางคน ใชรงส

IR ในการจบความรอน โดยมตวเราเปน detector

-Use multiple scans and signal averaging to improve S/N.ท าใหมการเพม signal per noise

ratio(S/N)

ปกตแลว spectrum ม baseline ม peak เวลาเรยน HPLC, UV แลวไดกราฟมา เวลาจะหา

พนทใตกราฟจะหาทงของ signal และของ noise แลวเอาพนทของ signal หารดวยพนทของ noise

peak นจะบอกไดวาเปน peak ของยาไดจรงกตอเมอ S/N ratio ตองมากกวา 4 แปลวาพนทของ

signal ตองมากกวา noise อย 4 เทา ยง signal มคามากเทาไหร เทากบวา peak นนสงรบกวนนอย

ดงนนการทบอกวาการใช FTIR เปนการ improve S/N แปลวาท าให peak มความคมชด เทากบเปน

การปรบ baseline ใหเปนเสนตรงนนเอง(baseline เรยบขน) พกเถอะ!!

Page 6: fon 160754

ทบทวนความเขาใจ

1. Definition term => IR absorption จะขนอยกบ 1. Dipole moment ถาม Dipole moment สง

มการเปลยนแปลง Dipole moment ได แสดงวามการ absorb IR ได 2. จะตองเปน F ทตรงกบ

natural frequency

2. ปจจยทมผลตอคา F 1) ความแขงแรงของพนธะ 2) น าหนกหรอขนาดของโมเลกล 3)รปแบบการสน

เปน stressing หรอ blending จะม Fทแตกตางกน 4) Hybridization ซงมนจะเกยวกบความ

แขงแรงของพนธะ (sp3 sp

2 spHybridization) 5) Resonance effect ถามการ resonance มนจะ

เกลยหมอกอเลกตรอน เชน จากพนธะค เปนพนธะหนงครง ท าใหความแขงแรงของพนธะนอยลง สงผล

ใหม Fนอยลง

รปนคอ stressing คอการเปลยนแปลงระยะทาง เวลาทรปมนอธบายวามนสน แปลวา มนหด

ลง รปทมนยาวขน แปลวามนยดออก

นคออะตอม Cl-H bond

นมการเปลยนแปลง

ระยะทางเปนหดสนเขาและ

ยดออกและในขณะเดยวกน

ระยะทางเทากน ไมเปลยน

แปลง มนเลยเปนศนย

อนนมการเปลยน

แปลงทตางกน ม∆

angleมนเปลยนคอ

ม scissoring

สวนอนนการเคลอนทแบบ

symmetric ยดสดๆ ไดภาพ

น ใชหรอไม แบบเทาๆกน

สวนอนน C-O กบ C-O

ระยะทางมนเทากนไหม

แปลวาเปน stressing แบบ

asymmetric หรอปาว

Page 7: fon 160754

3. Q ;ท าไมสตรค านวณ Fถงใสความเรวแสงเขาไปดวย

A ;เพราะเราก าลงหาแสง กเลยใสเขาไป ในสวนทไมมความเรวแสงอนนใชค านวณ Harmonic

oscillator(มแคมวลกบความแขงแรงของพนธะ)

4. ประเดนหลกคอเครองมอ อธบายการยงแสง beam splitter 50% ไปทกระจกท fixed แลวก

กลบมา อกขางกเหมอนกน กระจกมนเคลอนท มนยงไปแลวกกลบมา แลวท าใหเกดการแทรกสอดกน

สงมาท detector

สมมตเราดท bond C-O ม sine wave ทมระยะทางเทาน 1ไปท M1กลบมาได sine wave

1 คา ถาท าให M2ได1/4จะได sine wave จาก M2 เพราฉะนนผลลพธของรปน เราจะไดรปน รปมน

จะเปลยนไป มบางอน intensityสงขน บางอนหกลาง

ถาไปดท C=O ม sine wave 1เทาน ในความเปนจรง ทมกระจก fixed เทานน เวลาแทรก

สอดกนมนจะมว ท าใหเราไมร F นนเปนของ bond ไหน แตถามนมกระจกทขยบได ท าใหได 1/4

เราจะเหนวาถากราฟมนเทากน จะได Fทหางกน แลวถาเรารนหลายๆครง มนกจะสงขน และ

แยกออกจากกน(หนกนไปเรอยๆ) เครองมอนท าให Fของ 2 bond ชดเจนยงขน (เนองจากเคาไม

สามารถวาดรปตามอาจารยได เคาเลยหารปมาเพออธบายใหเพอนๆเขาใจนะ)

ลองดกราฟสองเสนดานบน ทมความยาว

คลนตางกน เมอเกดการแทรกสอดกน

กราฟจะมต าแหนงทมนเดนขน ถาบอกวา

กราฟสองเสนบน เปนของแตละbond เมอ

มนมารวมกน กจะไมรวามนเปนของใคร

แตถาพจารณา แค 1 bond แลวเราใช

เทคนค FTIR ดงรปทางซายมอ เมอ

สะทอนความยาวคลนทแตตางกนไป

จะท าใหความเดนของกราฟ เดนชด

มากขนดงรปขวามอ สดทายเมอม

หลาย bond มารวมกน มนกจะสามารถ

แยกไดวา peak ไหน เปนของ bond

ไหน

Page 8: fon 160754

Infrared Sources

Most Common IR Sources

Light source ทใชคอ Nernst glower ท ามาจาก rare-earth *อนนนยมสด รองลงมาคอ

glowbarเปน silicon carbide rodถาใชเปนแบบ incandescent wireกจะท าจาก nichrome wire

*ทนสด

Special Application IR Sources

ม mercury arc ท าใหมfar-infrared ท าใหชวงแสงกวางขน หรอถาเปน tungsten filament

กจะไดแค near-infraredถาเปน carbon diode laserจะสามารถปรบชวงคลนไดหมด(tunable)

Detectorsมหลกๆ 3 อยาง

1. Thermal transducer ตวนท าดวย bimetal junction มประสทธภาพแยสด ไมใชใน FTIR

2. Pyroelectric transducerท าดวย triglycine sulfate (TGS) นอกจากจะรบอณหภมไดสงๆ

แลว ยงเกยวของกบ polarization ไดดวย อนนนยมใชมากส าหรบ FTIR

3. Photoconducting transducerใช lead sulfide, mercury/cadmium telluride, or

indium antimonideพวกนเรยกรวมๆวา semiconducting material สามารถลด resistant ไดเยอะ

ท าใหม respond ไดด

มขอ 2,3 ทใชใน FTIR ถาเขาใจไมผด เครองมอของเราเปนขอ 3 เครองของเราจะมแทงก

ไนโตรเจนอยขางนอก มประโยชน 2 ขอ คอ 1. ท าใหแหง เพอไลอากาศ 2. ท าเปน incooling

มการสะสมความเขมขน ของ

intensity (peak) ไปเรอยๆ เหมอน

การถายรปเปนพนๆครง(เหมอนท

อาจารยบอกตอนแรกอะ)